养猪场发酵床垫料对茶园土壤酸度的改良效果研究

　　由于茶树的自身代谢作用、氮肥的过量施用以及环境恶化等原因，茶园土壤酸化日趋严重。相关调查研究表明，苏、浙、皖3省茶园最适宜茶树生长的土壤由1990~1991年的59.4%下降到了1998年的20.3%,重庆市约有80%的茶园土壤处于不适宜茶树生长的pH范围,福建省宁德市茶园土壤平均pH仅为4.02,江苏省有67%的茶园0~20cm土壤年酸化速率大于0.1个pH单位，其中33%的茶园土壤年酸化速率大于0.2个pH单位，50%的茶园土壤pH值低于4.随着土壤酸化程度的加剧，营养元素流失加速，影响茶树根系发育和养分吸收，茶树生长受阻;同时增强土壤中重金属活性，增加重金属向茶叶转移风险,危及茶叶质量安全。

　　研究表明，长期投入有机肥可有效控制农田土壤酸化，节约施肥成本，提高有机肥的资源利用率.微生物发酵床养殖技术是近年来广泛推广的养猪技术，在微生物发酵床养猪过程中，猪排泄的粪尿与垫料充分混合，实现了原位吸附、分解和消纳，使发酵床垫料富含营养成分，形成优质的生物基质肥料.但关于发酵床垫料在生产中的应用还少见报道.为此，设置养猪场发酵床垫料（生物基质肥料）茶园施用长期定位试验，以探讨施用生物基质肥料对茶园土壤酸度的改良效果及机制，从而为养猪场发酵床垫料的资源化利用和茶园酸化土壤的改良提供理论基础和技术支撑。

　　1材料与方法

　　1.1试验地概况

　　研究试验地位于福建省寿宁县武曲镇国营龙虎山茶场，东经119.57213°，北纬27.23270°，海拔163m,属中亚热带海洋性季风气候，年均降雨量1646mm,年无霜期285d,年平均温度19.3℃；土壤系花岗岩坡积物发育的红壤，试验实施前（2008年11月）茶园土壤基础理化性状见表1.茶树定植于2006年冬天，品种为紫牡丹，种植密度为行距1.5m,株距0.3m.

　　1.2试验设计

　　试验采用各处理等氮量投入，设计生物基质肥料和化肥不同配施比例，共5个处理，分别为CK:100%化肥，即完全施用化肥；M1:25%生物基质肥料+75%化肥；M2:50%生物基质肥料+50%化肥；M3:75%生物基质肥料+25%化肥；M4:100%生物基质肥料，完全施用生物基质肥料。随机区组设计，试验开始于2008年11月（2009年开始施基肥），小区面积30m2,3次重复。

　　

　　2009年、2010年（茶树幼龄期）施氮量150kg·hm-2,2011年、2012年每年肥料用量为施氮量300kg·hm-2;CK处理磷肥（P2O5）每年用量150kg·hm-2,钾肥（K2O）每年用量150kg·hm-2.生物基质肥料有机碳含量（干基，下同）68.8%,全氮1.33%,全磷（P2O5）1.21%,全钾（K2O）1.01%;化肥种类为尿素、硫酸钾和过磷酸钙。各处理中生物基质肥料和磷肥均在每年11月下旬做为基肥一次性施用，化学氮肥和钾肥分基肥（占全年化肥用量40%,11月下旬）、催芽肥（30%,3月上旬）、秋茶追肥（30%,8月中下旬）的比例结合茶树生长与营养特征在距离茶行20cm处开5~10cm浅沟施用。茶园其他管理措施一致。

　　1.3研究方法

　　1.3.1土壤取样

　　土壤取样时间为2012年11月（全年茶季结束后，基肥施用前），分0~20cm、20~40cm两个土层取样；每个土壤样品由6个样点组成，6个样点在小区内随机分布，每个样点取4个钻，分布于茶树间、距离茶树基部20、40、60cm处[14],同小区同土层土壤样品混匀风干过筛用于土壤性状测定。

　　1.3.2测试方法土壤有机碳采用外加热K2Cr2O7氧化-容量法；土壤按m（土）∶V（水）=1∶2.5搅拌，复合电极测定pH值（德国sartorius,PB-21）；土壤交换性酸（H+、Al3+）用1mol·L-1KCl淋洗法提取，NaOH滴定法测定；土壤交换性盐基阳离子用1mol·L-1醋酸铵提取，原子吸收分光光度法测定提取液中Ca2+和Mg2+含量，火焰光度法测定提取液中K+和Na+含量；土壤交换性盐基总量采用加和法计算得出[15].土壤有效阳离子交换量（ECEC）采用交换性盐基离子总量与交换性酸之和计算；盐基饱和度为交换性盐基离子总量与土壤有效阳离子交换量（ECEC）比值[16].

　　1.3.3数据处理方法

　　所有统计分析在DPS6.85和MicrosoftExcel2003软件中进行，处理间平均数的比较采用最小显著差数法（LSD），图表中的数据均采用平均值±标准误（M±SE）表示，差异显著水平为P<0.05;绘图采用MicrosoftExcel2003软件。

　　2结果与分析

　　2.1对土壤有机碳含量的影响

　　施用有机肥或与有机无机肥料配施等增加土壤有机物料投入的措施，能显著增加土壤有机碳含量。从图1可以看出，连续4年配施生物基质肥料处理提高茶园土壤有机碳含量，其中0~20cm土层比CK提高3.00%~22.74%,20~40cm土层提高0.99%~11.48%,提高幅度随着生物基质肥料施用比例的提高而提高，且上层土壤提高幅度大于下层土壤。

　　2.2对土壤酸度的影响

　　2.2.1对土壤pH值的影响

　　土壤pH值是土壤溶液中H+浓度的直观反映，表示土壤活性酸浓度的大小。从图2可以看出，连续4年配施生物基质肥料处理提高茶园土壤pH值。与CK相比，0~20cm土层土壤pH值分别提高0.22（M1）、0.24（M2）、0.28（M3）、0.72（M4）个单位；20~40cm土层土壤pH值分别提高0.16（M1）、0.14（M2）、0.22（M3）、0.59（M4）个单位，提高幅度随着生物基质肥料施用比例的增加而增大，且上层土壤提高幅度大于下层土壤。

　　2.2.2对土壤交换性酸的影响

　　土壤交换性酸是交换性H+与交换性Al3+之和，其存在表明土壤盐基不饱和。改良酸性土壤时希望中和的是交换性H+和Al3+,因此交换性酸可作为改良酸性土壤时确定石灰施用量的重要参考指标[15].从表2可以看出，连续4年配施生物基质肥料处理降低茶园土壤交换性H+、Al3+含量，其总和的交换性酸含量也随之下降，下降幅度随着生物基质肥料施用比例的提高而增大。与CK相比，0~20cm土层土壤交换性酸分别下降16.01%（M1）、28.57%（M2）、40.64%（M3）、73.64%（M4）；20~40cm土层分别下降8.75%（M1）、12.29%（M2）、19.86%（M3）、32.15%（M4）。

　

　　在达到动态平衡的自然条件下，酸性土壤的酸度主要由交换性Al3+引起，交换性H+所占比例较小。从表2可以看出，各处理茶园0~20cm土层交换性Al3+占交换性酸的比例为64.49%~86.95%,20~40cm土层占88.50%~89.22%,均随着生物基质肥料配施比例的增加而呈逐渐降低趋势。说明在酸性土壤体系中，交换性Al3+是交换性酸的主体；配施生物基质肥料改良茶园土壤酸度后交换性Al3+比例有所降低。

　　2.3对土壤交换性盐基离子的影响

　　交换性盐基离子中的Ca2+、Mg2+、K+是植物生长的必需营养元素，它们在土壤中的含量和饱和度与植物的吸收利用有很好的相关关系[17].土壤酸化导致土壤交换性酸增加，交换性盐基阳离子淋失，数量减少。配施生物基质肥料后，酸化茶园土壤交换性酸含量相对CK均有所降低，土壤交换性盐基离子含量增加。如表3所示，连续4年配施生物基质肥料后，茶园土壤交换性Ca2+、Mg2+、K+、Na+等盐基离子含量均表现为增加，盐基离子总量也相应增加。其中0~20cm土层土壤交换性盐基离子总量分别比CK增加39.29%（M1）、75.00%（M2）、113.39%（M3）、248.21%（M4）；20~40cm土层分别比CK增加46.03%（M1）、53.97%（M2）、106.35%（M3）、301.59%（M4）。

　　土壤交换性离子的有效度，与交换性离子的绝对数量有关，但与交换性离子的饱和度关系更大。因为该离子的饱和度越高，被交换解吸的机会愈多，有效度就高[17].由表3可见，连续4年配施生物基质肥料后，茶园土壤交换性盐基离子总量增加，土壤盐基饱和度提高。

　　与CK相比，0~20cm土层土壤盐基饱和度分别增加43.90%（M1）、85.92%（M2）、128.81%（M3）、254.21%（M4）；20~40cm土层分别增加51.79%（M1）、61.41%（M2）、114.98%（M3）、252.95%（M4）。

　

　　2.4土壤酸度与土壤有机碳、离子交换性能的关系

　　分析土壤酸度与土壤有机碳、土壤盐基离子浓度和盐基饱和度的相关性，结果如表4所示。从表4可以看出，配施生物基质肥料条件下，两个土层土壤pH与交换性酸、交换性Al3+和交换性H+均呈极显著的负相关关系，其中与交换性Al3+的相关关系要强于交换性H+;两个土层土壤pH与盐基离子总量及盐基饱和度均呈极显著的正相关关系，而交换性酸与盐基离子总量及盐基饱和度呈极显著的负相关关系。在0~20cm土层，土壤pH与有机碳含量呈现极显著正相关关系，而在20~40cm土层相关关系不显著。

　　

　　3结论与讨论

　　土壤的自然酸化及人为影响下的酸化过程，均是土壤接受输入其中的H+之后，一方面H+与土壤胶体上的盐基阳离子发生交换反应而被吸附在土粒表面，被交换下来的盐基阳离子随渗漏水淋失；另一方面，土粒表面的H+又自发地与矿物晶格表面的铝反应，迅速转化为交换性Al3+[18].酸化土壤的改良实际上是土壤酸化的人为逆过程，它通过降低土壤交换性酸（H+、Al3+）含量，增加盐基离子浓度，提高土壤pH.在本研究中，配施生物基质肥料处理茶园土壤交换性酸（H+、Al3+）降低，土壤pH提高，说明配施生物基质肥料可有效阻控和改良茶园土壤酸化，是茶园较优的施肥模式。

　　有机肥对土壤酸度的影响与有机肥施入土壤后的行为有关，土壤pH的变化主要是通过有机物料碱性物质的释放以及有机阴离子矿化为CO2和水消耗质子来实现的.有机物料中灰化碱的释放直接中和土壤的酸度，盐基离子的投入与淋失对土壤盐基进行补充或耗竭会影响土壤酸化的方向，当有机物料组分Ca2+、Mg2+、K+、Na+等盐基离子的投入量大于损失量，导致盐基离子在土壤中净累积，从而补充了盐基离子的缓冲库，促进土壤pH值提升[22].

　　同时，有机物料中有机阴离子的脱羧作用消耗质子（R-CO-COO?　+H+=R-CHO+CO2），从而提高土壤pH.王小兵等研究表明，在长期不同施肥处理下，酸化红壤pH值的升高与土壤有机质呈显著的正相关关系，因为有机质含有大量的羟基和酚羟基，解离会产生大量的负电荷，影响土壤交换性铝含量。在本试验中，配施生物基质肥料处理土壤pH、有机碳含量、土壤盐基离子（Ca2+、Mg2+、K+、Na+）含量均呈增加趋势，盐基离子总量增加，土壤盐基饱和度增加。0~20cm土层土壤有机碳含量与pH值呈现极显著正相关关系，而在20~40cm土层相关关系不显著，说明有机碳（质）对茶园土壤酸度的影响较为复杂，在本试验中仍存在不确定性；土壤pH与盐基离子总量及盐基饱和度呈极显著的正相关关系，土壤交换性酸与盐基离子总量及盐基饱和度呈极显著的负相关关系，说明配施生物基质肥料带入盐基离子提高酸化土壤的盐基离子浓度和盐基饱和度，降低土壤交换性酸含量是生物基质肥料改良茶园土壤酸度的重要原因。

　　茶树是喜铵态氮植物，氮肥在土壤中的硝化强度关系到茶树的生育与茶叶产量及品质[24].土壤pH值是判断土壤硝化能力的一个重要指标，研究表明土壤硝化作用强度与土壤pH值呈显著的正相关关系，随着土壤pH值的升高，土壤硝化作用加剧[25-26].配施生物基质肥料在改良茶园土壤酸度的同时，也改变了土壤氮素供应，必然会对茶叶产量品质产生影响。因此，兼顾改良茶园酸化土壤和提高茶叶产量品质的生物基质肥料配施结构是今后的研究重点。

　　参考文献：
　　[1]彭萍,杨水平,李品武,等.植茶对土壤环境效应分析研究[J].茶叶科学，2007,27（3）：265-270.